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一枚小小的芯片,是人类工业制造的巅峰成果,其制造流程精密且复杂,全程涉及上百道工序、数千项技术参数,精度达到纳米级别。集成电路制造整体可分为晶圆制备、晶圆加工、封装测试三大核心阶段,每一个环节的工艺精度,直接决定芯片的性能、功耗与良品率。
第一阶段为晶圆制备,是芯片制造的基础前置工序。核心流程是将高纯硅料经过熔炼、拉晶、切片、打磨、抛光,制成平整光滑的高纯硅片,也就是芯片的“基底晶圆”。晶圆按照尺寸分为4英寸、6英寸、8英寸、12英寸、18英寸,尺寸越大,单块晶圆可切割的芯片数量越多,生产成本越低、产业效率越高。目前全球先进制程主要采用12英寸晶圆,传统功率芯片、模拟芯片多使用8英寸及以下晶圆。晶圆的纯度、平整度、晶格完整性,直接决定后续芯片加工的良品率,是芯片品质的第一道关卡。
第二阶段为晶圆加工(前道工艺),是芯片制造的核心环节,也是技术壁垒最高的环节,核心目标是在晶圆上批量制作晶体管、电路布线等核心结构,核心工序包含镀膜、光刻、刻蚀、掺杂、沉积五大循环工艺。首先通过镀膜工艺在晶圆表面生成均匀的氧化层薄膜;随后利用光刻技术,将设计好的芯片电路版图,通过光刻机曝光转移到晶圆表面光刻胶上,这是整个制程中最精密、最关键的步骤,先进EUV光刻机可实现2nm级别的超高精度曝光;再通过刻蚀工艺,按照光刻版图去除多余材料,形成电路沟槽与器件结构;之后通过离子注入掺杂,改变半导体材料的导电特性,形成PN结,构建晶体管核心功能结构;最后通过薄膜沉积完成金属布线、介质层填充,实现元器件电路互联。以上五道工序需要反复循环数十次,最终在单块晶圆上形成数万颗结构完整、功能一致的裸芯片。
第三阶段为封装测试(后道工艺)。晶圆加工完成后,首先通过切割工艺将晶圆上的裸芯片逐一分离,随后进行封装,通过引脚、焊球、引线框架将芯片内部电路与外部载体连接,同时封装外壳起到保护芯片、散热、防尘、防损坏的作用。封装工艺从传统直插封装,迭代为SMT贴片封装、BGA球栅阵列封装、先进Chiplet封装等,适配小型化、高密度、高性能的设备需求。封装完成后,进入最终测试环节,通过专业测试设备检测芯片的电性、性能、稳定性、功耗等参数,筛选出良品与次品,最终合格产品即为可商用的成品芯片。